[发明专利]气相阻尼法催化裂解碳氢化合物制备的碳纳米管、装置及方法

说明书

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，具体一种利用气相阻尼法催化裂解碳氢化合物制备的碳纳米管、装置及其制备方法。本发明制备方法包括催化剂的给料、碳氢化合物催化裂解和冷却收集步骤。本发明利用碳纳米管催化剂自身重力至上而下移动，并在裂解室内设置多级气相阻尼圈对催化剂下落速度阻尼控制，延长催化剂在裂解室内漂浮时间，实现催化剂与碳源气体充分接触，还可分别通过调节超声振动筛频率和筛网目数、催化剂进给计量和裂解温度、气相阻尼圈数量等措施，实现不同催化剂及不同碳源气体，制备各种碳纳米管，一台设备通用，大大增加了碳纳米管生产的应用范围，为同一设备制备不同规格碳纳米管的制备提供了可能。

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，具体一种利用气相阻尼法催化裂解碳氢化合物制备的碳纳米管、装置及其制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。由于碳纳米管具有中空的结构，可以用作微型模具。即在其内部可填充金属、氧化物等物质，制备出最细的纳米尺度的导线等，用于未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中。还可制作碳纳米管增的塑料、碳纳米管增强陶瓷复合材料、金属基复合材料，还可以做最细的试管以及能称量单个原子质量的“纳米秤”等等。

碳纳米管，又名巴基管，作为世界公认的最细的纤维，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walledCarbon nanotubes, MWCNTs），多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成：锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性；这些材料由于具备良好的导电性、高机械性能和高比表面积，在电化学催化和储能等可再生能源转换技术领域中占据着重要角色。